JP2020518831A - Evaluation circuit, system and method for evaluating a capacitive sensor or an inductive sensor - Google Patents

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Abstract

静電容量センサー又は誘導センサーを評価するための評価回路が記載される。評価回路(1)は、センサー及び/又は参照素子(14、15、16)が接続される第一及び第二の測定接続部(A、B)、第一の充放電信号を第一の測定接続部(A)に出力し、第二の充放電信号を第二の測定接続部(B)に出力するように設計された充放電回路(2)、第一の充放電信号及び前記第二の充放電信号の時間的挙動を互いに対して比較するコンパレータ回路(6)、コンパレータ回路(6)の出力に接続され、コンパレータ回路(6)の出力での電圧に応じて出力電圧が変化する積分器回路(7)を備える。積分器回路(7)の出力電圧は、第一の充放電信号を調節するために第一の測定接続部(A)に接続される、又は第二の充放電信号を調節するために第二の測定接続部(B)に接続される。評価回路(1)の出力(10)での測定信号は、積分器回路(7)の出力電圧から誘導され、測定信号は、第一及び第二の測定接続部(A、B)での素子(14、15、16)間のインピーダンス差異の尺度である。静電容量センサー又は誘導センサーを評価するためのシステム、及び対応する方法も記載される。An evaluation circuit for evaluating a capacitive or inductive sensor is described. The evaluation circuit (1) comprises a first and second measurement connection (A, B) to which a sensor and/or a reference element (14, 15, 16) is connected, a first charge/discharge signal for a first measurement. A charging/discharging circuit (2) designed to output to the connection (A) and to output a second charging/discharging signal to the second measuring connection (B), a first charging/discharging signal and the second Comparator circuit (6) for comparing the temporal behavior of the charge and discharge signals of each other with each other, an integral connected to the output of the comparator circuit (6), and the output voltage of which changes according to the voltage at the output of the comparator circuit (6) A circuit (7). The output voltage of the integrator circuit (7) is connected to the first measuring connection (A) for adjusting the first charging/discharging signal or the second voltage for adjusting the second charging/discharging signal. Is connected to the measurement connection section (B). The measurement signal at the output (10) of the evaluation circuit (1) is derived from the output voltage of the integrator circuit (7), the measurement signal being the element at the first and second measurement connections (A, B). It is a measure of the impedance difference between (14,15,16). Systems for evaluating capacitive or inductive sensors and corresponding methods are also described.

Description

本発明は、静電容量センサー又は誘導センサーを評価するための評価回路、並びに対応するシステム及び方法に関する。 The present invention relates to an evaluation circuit for evaluating capacitive or inductive sensors, and corresponding systems and methods.

静電容量センサー又は誘導センサーは、多くの技術分野で用いられている。そのようなセンサーは、典型的には、測定される物体の距離若しくは位置、又は前記センサーに対するその変化を特定するために用いられる。この場合、測定される物体が前記センサー又はその素子に対してフィードバック効果を有することが利用される。このフィードバックは、通常、前記センサーのインピーダンス、又は前記センサーのセンサー素子のインピーダンスに測定可能な変化をもたらす。例えば、導電性の測定される物体が渦電流原理に基づいて作動する誘導センサーに近づくと、前記センサーから発せられる磁場が、前記測定される物体中に渦電流を誘導する。このような渦電流は、前記磁場の変化を相殺し、それによって、センサーコイルのインダクタンスが、したがってそのインピーダンスが変化する。非導電性の測定される物体は、静電容量センサーに近づくと、誘電体として作用し、それによって、前記センサーのキャパシタンスを上昇させる。そしてこのことは、前記センサーのインピーダンスの変化に繋がる。同じことが、静電容量センサー又は誘導センサーの他の技術にも当てはまる。 Capacitive or inductive sensors are used in many technical fields. Such sensors are typically used to identify the distance or position of the object being measured, or its change relative to the sensor. In this case it is used that the object to be measured has a feedback effect on the sensor or its elements. This feedback typically results in a measurable change in the impedance of the sensor or the sensor element of the sensor. For example, when a measured object of conductivity approaches an inductive sensor that operates on the eddy current principle, the magnetic field emitted from the sensor induces an eddy current in the measured object. Such eddy currents offset the changes in the magnetic field, which changes the inductance of the sensor coil and thus its impedance. When a non-conductive measured object approaches a capacitive sensor, it acts as a dielectric, thereby increasing the capacitance of the sensor. And this leads to a change in the impedance of the sensor. The same applies to other technologies for capacitive or inductive sensors.

そのようなインピーダンスの変化は、通常は直接利用することができない。その代わりに、前記インピーダンスの変化は、評価回路によって測定信号に変換され、次にそれがさらに処理され得る。前記センサーのセンサー素子は、多くの場合、並列又は直列の共振回路を形成するための回路素子が追加され、AC電圧が前記共振回路に印加される。測定される物体が前記センサーの影響範囲に近づくと、前記共振回路は離調され、このことが、共振回路信号と励磁信号との間の検出可能な位相シフトに繋がる。この場合の欠点は、このことによって、例えば、接続ケーブルの長さに対する依存性、温度依存性、及び追加コンポーネントの許容性などのさらなる依存性が導入されることである。さらに、前記共振回路の形成に必要な前記コンポーネントは、前記センサーの近くに配置する必要があるが、いずれの用途シナリオにおいてもそれは不可能である。 Such impedance changes are usually not directly available. Instead, the change in impedance can be converted into a measurement signal by the evaluation circuit, which can then be further processed. The sensor element of the sensor is often added with a circuit element to form a parallel or series resonant circuit, and an AC voltage is applied to the resonant circuit. When the object to be measured approaches the range of influence of the sensor, the resonant circuit is detuned, which leads to a detectable phase shift between the resonant circuit signal and the excitation signal. The disadvantage in this case is that this introduces further dependencies, such as, for example, the dependency on the length of the connecting cable, the temperature dependency, and the tolerance of additional components. Furthermore, the components required to form the resonant circuit need to be placed close to the sensor, which is not possible in any application scenario.

他の評価回路は、センサーの2つのセンサー素子のインピーダンス、又はセンサーの1つのセンサー素子が参照素子と比較される差動手法(differential approach)を取る。そのような回路は、例えば、欧州特許第0166706(A1)号から公知である。発振器が、スイッチによって参照コンデンサ及びセンサーコンデンサに交互に切り替えられる。前記スイッチのコントロール信号は、前記発振器の発振から周波数分割器によって形成され、そのエッジは、シュミットトリガによってコンディショニングされる。前記スイッチのための前記コントロール信号は、コンディショニング回路によって差動信号に変換され、前記回路の差動出力信号として出力される。 Other evaluation circuits take the impedance of the two sensor elements of the sensor, or a differential approach in which one sensor element of the sensor is compared to a reference element. Such a circuit is known, for example, from EP 0166706 (A1). The oscillator alternately switches to the reference capacitor and the sensor capacitor by means of a switch. The control signal of the switch is formed by a frequency divider from the oscillation of the oscillator, the edges of which are conditioned by a Schmitt trigger. The control signal for the switch is converted into a differential signal by a conditioning circuit and output as a differential output signal of the circuit.

独国特許第3818371(A1)号は、2つのセンサーコイルを有する差動誘導トランスミッタを開示しており、前記センサーコイルは、共通のコンデンサが追加されて、LC共振回路を形成することができる。前記2つのセンサーコイルは、発振器の2つの接続部のうちの1つと接続される共通の接続部を有する。前記発振器の第二の接続部は、スイッチ装置に接続され、それは、前記発振器を前記2つのセンサーコイルのうちの一方の第二の接続部に交互に接続する。前記2つのセンサーコイルのうちの一方は、それによって、交互に励磁されて発振する。 German Patent No. 3818371 (A1) discloses a differential inductive transmitter having two sensor coils, which can be added with a common capacitor to form an LC resonant circuit. The two sensor coils have a common connection which is connected to one of the two connections of the oscillator. A second connection of the oscillator is connected to a switch device, which alternately connects the oscillator to a second connection of one of the two sensor coils. One of the two sensor coils is thereby alternately excited and oscillates.

これらの評価回路の欠点は、スイッチ素子が必要とされることであり、それによって、コストが上昇し、及び前記回路がエラーを起こし易くなる。 The disadvantage of these evaluation circuits is that switching elements are required, which increases the cost and makes the circuits error-prone.

本発明の目的は、静電容量センサー又は誘導センサーの信頼性が高く費用対効果も高い差動評価を可能とする方法で、冒頭で述べた種類の評価回路、システム、及び方法を設計し、さらに発展させることである。 It is an object of the present invention to design an evaluation circuit, system and method of the kind mentioned at the outset in a way that enables a reliable and cost-effective differential evaluation of capacitive or inductive sensors, It is to develop further.

本発明によると、前記目的は、請求項1に記載の特徴によって実現される。したがって、当該評価回路は、センサーの第一のセンサー素子と接続するように設計された第一の測定接続部、及び前記センサーの第二のセンサー素子又は参照素子と接続するように設計された第二の測定接続部と、第一の充放電信号を前記第一の測定接続部に出力し、第二の充放電信号を前記第二の測定接続部に出力するように設計された充放電回路と、前記第一の充放電信号の時間的挙動を前記第二の充放電信号の時間的挙動と比較するコンパレータ回路と、前記コンパレータ回路の出力に接続され、前記コンパレータ回路の前記出力での電圧に応じて出力電圧が変化する積分器回路と、を備え、前記積分器回路の前記出力電圧は、前記第一の充放電信号を調節するために前記第一の測定接続部に接続され、又は前記第二の充放電信号を調節するために前記第二の測定接続部に接続され、前記評価回路の出力での測定信号は、前記積分器回路の前記出力電圧から誘導され、並びに前記測定信号は、前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンスの偏差、又は前記第一のセンサー素子及び前記参照素子のインピーダンスの偏差の尺度である。 According to the invention, said object is realized by the features of claim 1. Thus, the evaluation circuit comprises a first measurement connection designed to connect with the first sensor element of the sensor, and a first measurement connection designed to connect with the second sensor element or reference element of the sensor. A second measurement connection and a charge/discharge circuit designed to output a first charge/discharge signal to the first measurement connection and a second charge/discharge signal to the second measurement connection. And a comparator circuit for comparing the temporal behavior of the first charge/discharge signal with the temporal behavior of the second charge/discharge signal, and a voltage at the output of the comparator circuit connected to the output of the comparator circuit. An integrator circuit having an output voltage that changes according to, wherein the output voltage of the integrator circuit is connected to the first measurement connection for adjusting the first charge/discharge signal, or Connected to the second measurement connection for adjusting the second charge/discharge signal, the measurement signal at the output of the evaluation circuit is derived from the output voltage of the integrator circuit, as well as the measurement signal. Is a measure of the impedance deviation of the first and second sensor elements or the impedance deviation of the first sensor element and the reference element.

前記システムに関して、上記目的は、従属請求項12に記載の特徴によって実現される。このシステムは、第一及び第二の評価回路を、詳細には、本発明の第一の態様に従う評価回路を備え、さらに、2つのセンサー素子を有する第一の静電容量センサー又は誘導センサー、及び参照素子、を備え、前記第一のセンサーの第一のセンサー素子は、前記第一の評価回路の第一の測定接続部に接続され、前記第一のセンサーの第二のセンサー素子は、前記第一の評価回路の第二の測定接続部に接続され、前記参照素子は、前記第二の評価回路の第二の測定接続部に接続され、並びに前記第二の評価回路の前記第一の測定接続部は、それぞれ、結合抵抗器を介して前記第一の評価回路の前記第一及び第二の測定接続部と接続される。 With respect to the system, the above object is achieved by the features of dependent claim 12. The system comprises a first and a second evaluation circuit, in particular an evaluation circuit according to the first aspect of the invention, further comprising a first capacitive or inductive sensor having two sensor elements, And a reference element, the first sensor element of the first sensor is connected to the first measurement connection of the first evaluation circuit, the second sensor element of the first sensor, Connected to the second measurement connection of the first evaluation circuit, the reference element is connected to the second measurement connection of the second evaluation circuit, and the first of the second evaluation circuit The measuring connections of are respectively connected to the first and second measuring connections of the first evaluation circuit via a coupling resistor.

本発明によると、上記目的は、従属請求項18に記載の特徴によって実現される。したがって、本発明の方法は、第一及び第二の充放電信号を発生させる工程と、前記センサーの第一のセンサー素子を、前記第一の充放電信号によって繰り返し充放電する工程と、前記センサーの第二のセンサー素子又は参照素子を、前記第二の充放電信号によって繰り返し充放電する工程と、前記第一の充放電信号の時間的挙動を前記第二の充放電信号の時間的挙動と比較する工程と、前記時間的挙動の比較の結果に応じて、積分器回路の出力電圧を変化させる工程と、前記積分器回路の前記出力電圧に応じて、前記第一の充放電信号及び/又は前記第二の充放電信号を適合させる工程と、前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンス間の差異、又は前記第一のセンサー素子及び前記参照素子のインピーダンス間の差異の尺度として、前記積分器回路の前記出力電圧から測定信号を誘導し、出力する工程と、を含む。 According to the invention, the above object is achieved by the features of the dependent claim 18. Therefore, the method of the present invention comprises the steps of generating first and second charge/discharge signals, repeatedly charging and discharging the first sensor element of the sensor by the first charge/discharge signal, and the sensor. A second sensor element or reference element, the step of repeatedly charging and discharging by the second charge and discharge signal, and the temporal behavior of the first charge and discharge signal and the temporal behavior of the second charge and discharge signal. The step of comparing, the step of changing the output voltage of the integrator circuit according to the result of the comparison of the temporal behavior, and the step of changing the output voltage of the integrator circuit, Or the step of adapting the second charge and discharge signal, the difference between the impedance of the first and second sensor elements, or as a measure of the difference between the impedance of the first sensor element and the reference element, Deriving and outputting a measurement signal from the output voltage of the integrator circuit.

本発明に従って、(アナログ)測定信号を比較的単純なコントロールループによって発生可能であることがまず認識され、前記信号は、2つのインピーダンス間の差異の、すなわち、第二のセンサー素子に対する第一のセンサー素子、又は参照素子に対する第一のセンサー素子のインピーダンスの差異の尺度を形成する。この場合、誘導器に与えられる充放電信号の前記時間的挙動が前記インピーダンスに依存することが利用される。コンデンサの場合、前記充放電挙動は、コンデンサのサイズに依存し、キャパシタンスが高い程、コンデンサは最大電圧値までゆっくり充電されることになる。逆に、キャパシタンスが低い程、コンデンサはゆっくり放電することになる。同じことはコイルにも当てはまり、前記コイルを流れる電流は、電圧ジャンプの場合、前記コイルのインダクタンスに依存して、より速く又はよりゆっくり上昇する。したがって、励磁信号に応答した2つの誘導器の前記時間的挙動が比較されると、インピーダンス間の差異の尺度が得られる。 In accordance with the invention, it is first recognized that an (analog) measurement signal can be generated by a relatively simple control loop, said signal being the first of the difference between the two impedances, ie the second sensor element. Forming a measure of the difference in impedance of the first sensor element with respect to the sensor element or the reference element. In this case, it is used that the temporal behavior of the charging/discharging signal applied to the inductor depends on the impedance. In the case of a capacitor, the charging/discharging behavior depends on the size of the capacitor, the higher the capacitance, the slower the capacitor will be charged to the maximum voltage value. Conversely, the lower the capacitance, the slower the capacitor will discharge. The same applies to the coil, where the current through the coil rises faster or slower in the case of a voltage jump, depending on the inductance of the coil. Therefore, a comparison of the temporal behavior of the two inductors in response to the excitation signal provides a measure of the difference between the impedances.

したがって、本発明によると、第一及び第二の充放電信号は、充放電回路によって発生され、前記評価回路の測定接続部に出力される。前記第一の充放電信号は、第一の測定接続部に出力され、前記第二の充放電信号は、第二の測定接続部に出力される。前記第一の測定接続部は、前記センサーの第一のセンサー素子と接続するように設計される。前記センサーの第二のセンサー素子又は参照素子のいずれかが、前記第二の測定接続部に接続されてよい。前記充放電回路は、前記第一及び第二の充放電信号の各々が、前記第一及び第二の測定接続部にそれぞれ接続されている前記誘導器に対する依存性を有するようにスイッチが切られる。実際には、この依存性は、通常、影響を受ける前記充放電信号の前記時間的挙動から成る。例えば、矩形波信号が励磁信号を形成する場合、前記矩形波信号のエッジは、接続されたインピーダンスによって平坦化される。前記インピーダンスが高い程、平坦化がより顕著となる。その結果、前記充放電信号は、前記接続されたインピーダンスに応じて変化する。 Therefore, according to the invention, the first and second charge/discharge signals are generated by the charge/discharge circuit and output to the measurement connection of the evaluation circuit. The first charge/discharge signal is output to the first measurement connection and the second charge/discharge signal is output to the second measurement connection. The first measurement connection is designed to connect with the first sensor element of the sensor. Either the second sensor element or the reference element of the sensor may be connected to the second measurement connection. The charge and discharge circuit is switched off such that each of the first and second charge and discharge signals has a dependency on the inductor connected to the first and second measurement connections, respectively. .. In practice, this dependency usually consists of the temporal behavior of the affected charge/discharge signal. For example, if a square wave signal forms an excitation signal, the edges of the square wave signal are flattened by the connected impedance. The higher the impedance, the more pronounced the flattening. As a result, the charge/discharge signal changes depending on the connected impedance.

これらの依存性を利用するために、前記評価回路は、前記第一の充放電信号の時間的挙動を前記第二の充放電信号の時間的挙動と比較するコンパレータを備える。前記比較の結果に応じて、前記コンパレータは、相対的な時間的挙動を表す結果信号を出力する。この結果信号は、通常、バイナリ信号であり、すなわち、前記信号は、2つのレベルを取り得る。この場合、第一のレベルは、前記第一の充放電信号が、前記第二の充放電信号よりも速く立ち上がる及び/又は立ち下がることを示している。したがって、第二のレベルは、前記第二の充放電信号が、前記第一の充放電信号よりも速く立ち上がる及び/又は立ち下がることを示している。前記結果信号は、次に、前記比較結果を積算する積分器回路に送られる。次に、前記積分回路の増加分の数を表す電圧が、前記積分器回路の出力部に存在する。 To take advantage of these dependencies, the evaluation circuit comprises a comparator that compares the temporal behavior of the first charge/discharge signal with the temporal behavior of the second charge/discharge signal. Depending on the result of the comparison, the comparator outputs a result signal representing a relative temporal behavior. The resulting signal is usually a binary signal, i.e. the signal can take two levels. In this case, the first level indicates that the first charge/discharge signal rises and/or falls faster than the second charge/discharge signal. Therefore, the second level indicates that the second charge/discharge signal rises and/or falls faster than the first charge/discharge signal. The result signal is then sent to an integrator circuit which integrates the comparison result. Then, a voltage representing the incremental number of the integrator circuit is present at the output of the integrator circuit.

前記出力電圧が無限に上昇し続けることを防止するために、前記出力電圧は、前記測定接続部のうちの1つと接続される。その結果、前記充放電信号は、DC電圧レベルと重畳され、それによって、前記充放電信号は、前記回路の構成に応じて、正又は負の電圧にシフトされる。そしてこのことは、前記充放電信号が特定レベルに到達する時間をシフトする。このことにより、前記コンパレータ回路からの前記結果信号が変化することが、したがって前記第一のレベルではなく前記第二のレベルを取ることが可能となる(又は逆も同様)。その結果、前記出力電圧は、それ以上上昇しなくなる。このように、前記積分器回路の前記出力部での電圧は、前記第一及び前記第二の測定接続部でのインピーダンスが互いにどの程度大きく異なっているかの尺度である。本発明に従う前記評価回路は、安価であり、前記センサー素子のインピーダンスが非常に低い場合であっても良好な結果を提供する。さらに、温度及びケーブル長さの依存性は、前記測定接続部と前記センサー素子との間のケーブルが、およそ同じ長さであり、互いに近接して配線される場合、容易に除去することができる。前記積分器回路及び前記コンパレータ回路が、いかなる精密コンポーネントも必要とせず、代わりに標準的なコンポーネントで構築することができることから、費用対効果の高い評価回路という結果となる。 In order to prevent the output voltage from continuing to rise indefinitely, the output voltage is connected to one of the measurement connections. As a result, the charge/discharge signal is superimposed with the DC voltage level, which shifts the charge/discharge signal to a positive or negative voltage depending on the configuration of the circuit. And this shifts the time for the charge and discharge signal to reach a certain level. This allows the result signal from the comparator circuit to change and thus take the second level instead of the first level (or vice versa). As a result, the output voltage will no longer rise. Thus, the voltage at the output of the integrator circuit is a measure of how much the impedances at the first and second measurement connections differ from each other. The evaluation circuit according to the invention is inexpensive and provides good results even when the impedance of the sensor element is very low. Furthermore, the dependence of temperature and cable length can easily be removed if the cables between the measurement connection and the sensor element are of approximately the same length and are routed close together. .. The integrator circuit and the comparator circuit do not require any precision components and can instead be built with standard components, resulting in a cost-effective evaluation circuit.

「第一の測定接続部」及び「第二の測定接続部」の名称の使用は、単に前記2つの測定接続部を区別する役割でしかないことは指摘されるべきである。前記回路は、実質的に対称に構築されることから、前記誘導器(すなわち、第一のセンサー素子、第二のセンサー素子、又は前記参照素子)のうちのどれがどの測定接続部に接続されるかは重要ではない。このことは、評価回路が単一ユニットであるか、又は複数の評価回路が相互接続されてシステムを形成しているかに関わらず当てはまる。 It should be pointed out that the use of the names "first measuring connection" and "second measuring connection" is merely a role of distinguishing the two measuring connections. The circuit is constructed substantially symmetrically so that which of the inductors (ie the first sensor element, the second sensor element or the reference element) is connected to which measurement connection. It doesn't matter. This is true regardless of whether the evaluation circuit is a single unit or multiple evaluation circuits are interconnected to form a system.

また、参照素子は、最も多様なコンポーネントによって形成されてよいことにも留意されたい。この場合、前記センサー素子とは対照的に、前記参照素子は、前記測定される物体に影響されないことが不可欠である。さらに、前記評価を単純化するために、前記参照素子は、前記センサーと同じ分類であるべきであり、すなわち、静電容量センサーが評価されることになる場合、前記参照素子は、コンデンサによって形成され、誘導センサーが評価されることになる場合、前記参照素子は、誘導器によって形成される。この場合、前記参照素子が高温安定性を有する場合、又は前記参照素子の温度変化に関する挙動が、前記センサーと等しいか若しくは少なくとも類似する場合、さらに有利である。これは、出力測定信号の精度にとって必須ではないが、前記測定信号の処理に関与する労力の低減は僅かではない。前記参照素子のために精密コンポーネントを用いることも、必須ではないとしても、有利である。前記参照素子の許容性は、基本的に、校正測定によって相殺され得る。しかし、精密コンポーネントを用いることによって、校正測定を大きく単純化することができる、又は完全に不要とすることさえできる。さらに、前記参照素子は、固定値を有していてよく、又は調節可能コイル若しくはコンデンサとして構成されてもよい。この場合、適合性は、慣行から公知の広く様々な方法を用いて実装されてよい。手動で調節可能な参照素子が用いられてもよく、電子的に調節可能な参照素子も同様である。 It should also be noted that the reference element may be formed by the most diverse components. In this case, it is essential that the reference element, as opposed to the sensor element, is unaffected by the object to be measured. Furthermore, to simplify the evaluation, the reference element should be of the same classification as the sensor, i.e. if a capacitive sensor is to be evaluated, the reference element is formed by a capacitor. And the reference sensor is to be evaluated, the reference element is formed by an inductor. In this case, it is further advantageous if the reference element has high temperature stability, or if the behavior of the reference element with respect to temperature changes is equal or at least similar to the sensor. This is not essential for the accuracy of the output measurement signal, but the effort involved in processing the measurement signal is not small. It is also advantageous, if not essential, to use precision components for the reference element. The tolerance of the reference element can basically be offset by a calibration measurement. However, by using precision components, calibration measurements can be greatly simplified or even eliminated altogether. Furthermore, the reference element may have a fixed value or may be configured as an adjustable coil or capacitor. In this case, conformance may be implemented using a wide variety of methods known from practice. A manually adjustable reference element may be used, as well as an electronically adjustable reference element.

好ましい発展では、前記評価回路は、反転増幅器によって形成されることが好ましい反転回路をさらに有する。前記積分器回路の前記出力電圧は、この反転回路への入力である。この入力電圧から、前記反転回路は、参照電圧での前記入力電圧のミラー化を表す出力電圧を発生させる。例えば、前記参照電圧が2.5ボルトの値を有し、前記積分器回路の前記出力電圧が3ボルトの値を有する場合、前記反転回路は、前記参照電圧でこの値をミラー化させる、すなわち、前記反転回路の前記出力電圧は、前記参照電圧から同じ距離にあるが、前記参照電圧の「反対側」にあることになる。そして、前記反転回路の前記出力電圧は、この例の場合、2ボルトの値を取ることになる。前記積分器回路の前記出力電圧が上昇すると、前記反転回路の前記出力電圧は低下し、逆も同様である。前記反転回路の前記出力電圧は、このように、前記参照電圧に対して、及び前記積分器回路の前記出力電圧に対して反対の方向に変化する。演算増幅器を用いた反転増幅器としての前記反転回路の実装では、この態様は、前記積分器回路の前記出力電圧を、前記演算増幅器の反転入力へ入力し、及び前記参照電圧を、前記演算増幅器の非反転入力へ入力することによって実現され得る。 In a preferred development, the evaluation circuit further comprises an inverting circuit, which is preferably formed by an inverting amplifier. The output voltage of the integrator circuit is the input to this inverting circuit. From this input voltage, the inverting circuit produces an output voltage that represents a mirroring of the input voltage with a reference voltage. For example, if the reference voltage has a value of 2.5 volts and the output voltage of the integrator circuit has a value of 3 volts, the inverting circuit will mirror this value with the reference voltage, ie , The output voltage of the inverting circuit is at the same distance from the reference voltage, but on the “opposite side” of the reference voltage. Then, the output voltage of the inverting circuit has a value of 2 volts in this example. When the output voltage of the integrator circuit rises, the output voltage of the inverting circuit drops and vice versa. The output voltage of the inverting circuit thus changes in the opposite direction with respect to the reference voltage and with respect to the output voltage of the integrator circuit. In the implementation of the inverting circuit as an inverting amplifier using an operational amplifier, this aspect is such that the output voltage of the integrator circuit is input to the inverting input of the operational amplifier, and the reference voltage is applied to the operational amplifier. It can be realized by inputting to the non-inverting input.

この反転回路の第一の好ましい使用は、前記測定信号のレベルを高めることである。この場合、前記測定信号は、前記積分器回路の前記出力と前記反転回路の前記出力との間の電圧によってタップされる。その結果、前記積分器回路での前記出力電圧が変化すると、電圧スイングがその値の2倍に増加する。 The first preferred use of this inverting circuit is to increase the level of the measurement signal. In this case, the measurement signal is tapped by the voltage between the output of the integrator circuit and the output of the inverting circuit. As a result, when the output voltage at the integrator circuit changes, the voltage swing increases to twice its value.

この反転回路の第二の好ましい使用は、前記反転回路の前記出力電圧を、前記2つの充放電信号のうちの一方を調節するために用いることである。前記積分器回路の前記出力電圧が、前記第一の測定接続部に接続される場合、前記反転回路の前記出力電圧は、前記第二の充放電信号を調節するために、前記第二の測定接続部に接続される。逆に、前記積分器回路の前記出力電圧が、前記第二の測定接続部に接続される場合、前記第一の充放電信号を調節するために、前記反転回路の前記出力電圧は、前記第一の測定接続部に接続される。この方法により、前記充放電信号の調節を改善することができる。 A second preferred use of this inverting circuit is to use the output voltage of the inverting circuit to regulate one of the two charge and discharge signals. If the output voltage of the integrator circuit is connected to the first measurement connection, the output voltage of the inverting circuit is the second measurement to adjust the second charge/discharge signal. It is connected to the connection part. Conversely, when the output voltage of the integrator circuit is connected to the second measurement connection, the output voltage of the inverting circuit is adjusted to the second charge connection to adjust the first charge/discharge signal. Connected to one measuring connection. By this method, the regulation of the charge/discharge signal can be improved.

前記コンパレータ回路の前記比較結果を改善するために、前記評価回路は、第一及び第二のバイナリ化回路を有していてよく、前記第一のバイナリ化回路は、前記第一の測定接続部に接続され、前記第二のバイナリ化回路は、前記第二の測定接続部に接続される。前記バイナリ化回路の出力電圧は、次に、前記コンパレータ回路へ入力される。好ましくは、前記2つのバイナリ化回路は、各々、シュミットトリガ回路によって実装される。2つのそのようなバイナリ化回路が単一チップ上に集積された集積回路が入手可能である。その結果、前記2つのバイナリ化回路の入力キャパシタンス、閾値電圧、遅延時間、温度の影響、及び/又はさらなる特徴に関する挙動は、実質的に同一である。前記第一及び第二のバイナリ化回路は、したがって、前記第一及び第二の測定接続部での前記信号を、ほとんど同一の方法でバイナリ信号とする、すなわち、第一又は第二のレベルを取り、前記2つのレベル間の変化が、素早く、通常は数ミリ秒以下の範囲内で行われる信号とする。一般的なバイナリ化信号は、例えば、正の第一のレベル(例:+5V)及び負の第二のレベル(例:−5V)の間で交番する両極性矩形波信号、又は2つの正のレベル間、2つの負のレベル間、若しくは正/負のレベルと0Vとの間で交番する単極性矩形波信号である。一般的な単極性矩形波信号は、例えば、+5V又は0Vのレベルを取る。 In order to improve the comparison result of the comparator circuit, the evaluation circuit may have first and second binarization circuits, the first binarization circuit being the first measurement connection. And the second binarization circuit is connected to the second measurement connection. The output voltage of the binarization circuit is then input to the comparator circuit. Preferably, the two binarization circuits are each implemented by a Schmitt trigger circuit. Integrated circuits are available in which two such binary circuits are integrated on a single chip. As a result, the behavior of the two binarization circuits with respect to input capacitance, threshold voltage, delay time, temperature effects, and/or additional features is substantially the same. The first and second binarization circuits thus convert the signals at the first and second measurement connections into binary signals in almost the same way, i.e. at the first or second level. Let us assume that the change between the two levels is a signal that is rapid, typically within a few milliseconds or less. A typical binary signal is, for example, a bipolar square wave signal alternating between a positive first level (eg +5V) and a negative second level (eg -5V), or two positive square wave signals. It is a unipolar rectangular wave signal alternating between levels, between two negative levels, or between positive/negative levels and 0V. A general unipolar rectangular wave signal has a level of +5V or 0V, for example.

好ましい発展では、前記コンパレータは、フリップフロップによって形成される。Dフリップフロップが特に適していることが示された。本明細書において、前記2つの充放電信号のうちの一方が、クロック入力に入力され、前記2つの充放電信号のうちの他方が、データ入力に入力される。バイナリ化回路が用いられる場合、一般性を失うことなく、前記第一のバイナリ化回路の出力は、前記Dフリップフロップの前記クロック入力に接続されてよく、前記第二のバイナリ化回路の出力は、前記Dフリップフロップの前記データ入力に接続されてよい。Dフリップフロップは、ほとんどエッジトリガ型であり、前記データ入力に存在するレベルを、前記クロック入力での立ち上がりエッジの場合に出力へ出力する。前記第一の測定接続部での前記誘導器の時間的挙動が、今、前記第二の測定接続部での前記誘導器よりも速い場合、前記クロック入力での立ち上がりエッジの場合に、低レベルが依然として前記データ入力に存在する。この場合、したがって、低レベルは、前記Dフリップフロップの非反転データ出力に存在する。前記第二の測定接続部での前記誘導器の時間的挙動が、前記第一の測定接続部での前記誘導器よりも速い場合、前記クロック入力での立ち上がりエッジの場合に、低レベルが依然として前記データ入力に存在する。この場合、したがって、低レベルは、前記Dフリップフロップの非反転データ出力に存在する。 In a preferred development, the comparator is formed by a flip-flop. D flip-flops have been shown to be particularly suitable. In the present specification, one of the two charge/discharge signals is input to the clock input, and the other of the two charge/discharge signals is input to the data input. If a binary circuit is used, without loss of generality, the output of the first binary circuit may be connected to the clock input of the D flip-flop and the output of the second binary circuit may be , May be connected to the data input of the D flip-flop. The D flip-flop is mostly edge-triggered and outputs the level present on the data input to the output in case of a rising edge on the clock input. A low level if the temporal behavior of the inductor at the first measurement connection is now faster than the inductor at the second measurement connection, and at a rising edge at the clock input. Are still present in the data input. In this case, therefore, a low level will be present at the non-inverted data output of the D flip-flop. If the time behavior of the inductor at the second measurement connection is faster than the inductor at the first measurement connection, the low level is still at the rising edge at the clock input. Present in the data input. In this case, therefore, a low level will be present at the non-inverted data output of the D flip-flop.

前記積分器回路は、基本的に、様々な方法で実装され得る。しかし、好ましい積分器回路は、演算増幅器回路として実装される。そのような積分器回路は、実際に公知である。最も単純な場合では、前記演算増幅器の出力は、コンデンサを介して前記反転入力にフィードバックされる。前記積分器回路の入力は、前記演算増幅器の前記反転入力によって形成され、それによって、この発展における前記コンパレータ回路の前記出力信号は、前記演算増幅器の前記反転入力に接続される。 The integrator circuit can basically be implemented in various ways. However, the preferred integrator circuit is implemented as an operational amplifier circuit. Such integrator circuits are known in practice. In the simplest case, the output of the operational amplifier is fed back to the inverting input via a capacitor. The input of the integrator circuit is formed by the inverting input of the operational amplifier, whereby the output signal of the comparator circuit in this development is connected to the inverting input of the operational amplifier.

特に好ましい改善点では、積分器回路として接続される前記演算増幅器の前記非反転入力は、0Vではない電圧で、特に好ましくは、0Vよりも大きい電圧で充電される。この方法により、前記積分器回路の前記出力電圧に、オフセットを与えることができる。この場合、前記非反転入力でのこの電圧は、好ましくは、前記評価回路の供給電圧から電圧分割器によって生成される。前記電圧分割器の抵抗比の選択に応じて、前記オフセット電圧をシフトさせることができる。前記電圧分割器の2つの抵抗器は、およそ同じ値を有し、それによって、前記オフセット電圧は、前記供給電圧の半分に等しい。前記電圧分割器の前記抵抗器は、好ましくは、精密抵抗器であり、1%以下の許容差を有する。 In a particularly preferred refinement, the non-inverting input of the operational amplifier, which is connected as an integrator circuit, is charged with a voltage other than 0V, particularly preferably with a voltage greater than 0V. By this method, the output voltage of the integrator circuit can be offset. In this case, this voltage at the non-inverting input is preferably generated by a voltage divider from the supply voltage of the evaluation circuit. The offset voltage can be shifted according to the selection of the resistance ratio of the voltage divider. The two resistors of the voltage divider have approximately the same value, whereby the offset voltage is equal to half the supply voltage. The resistors of the voltage divider are preferably precision resistors and have a tolerance of 1% or less.

前記評価回路は、好ましくは、クロック信号を入力することができるクロック入力を有する。このクロック入力は、前記充放電回路に接続されてよく、前記第一及び第二の充放電信号を発生するために用いられてよい。この場合、最も単純な発展では、前記充放電回路は、1つの抵抗器又は複数の抵抗器の相互接続によって形成されてよい。この方法により、一方では周期的な充放電信号の発生が可能であり、他方では前記充放電信号が前記測定接続部に接続された誘導器による影響を受け続けることを確保することが可能でもある。 The evaluation circuit preferably has a clock input to which a clock signal can be input. This clock input may be connected to the charging/discharging circuit and may be used to generate the first and second charging/discharging signals. In this case, in the simplest development, the charge/discharge circuit may be formed by a resistor or an interconnection of resistors. This method makes it possible on the one hand to generate a periodic charging/discharging signal, and on the other hand it is also possible to ensure that said charging/discharging signal remains influenced by the inductor connected to said measuring connection. ..

第一の実施形態では、クロック信号は、外部クロック回路によって、好ましくは外部発振器によって、すなわち、前記該当する評価回路の一部を形成しないクロック回路によって形成されてよい。第二の及び好ましい発展では、前記評価回路は、前記評価回路の前記クロック入力に出力が接続されたクロック回路を有する。前記クロック回路は、簡易発振器によって形成されてよい。充放電信号の両方が共通のクロック信号から誘導される場合、クロックの安定性に関する特別の要件が前記発振器に適用される必要はなく、それは、前記測定接続部に接続されたいずれの誘導器も、周波数の同じ変動によって及び/又は同じジターによって影響され、したがって、誤差は相殺されるからである。 In the first embodiment, the clock signal may be formed by an external clock circuit, preferably by an external oscillator, ie by a clock circuit which does not form part of said evaluation circuit. In a second and preferred development, the evaluation circuit comprises a clock circuit whose output is connected to the clock input of the evaluation circuit. The clock circuit may be formed by a simple oscillator. If both charge and discharge signals are derived from a common clock signal, then no special requirements regarding clock stability need be applied to the oscillator, as it is true for any inductor connected to the measurement connection. , And are affected by the same variations in frequency and/or by the same jitter, and thus the errors cancel out.

基本的に、本発明に従う評価回路は、センサー素子を、別のセンサー素子に対して、又は参照素子に対して評価するための単一ユニットとして用いられてよい。しかし、複数の評価回路が相互接続されて、静電容量センサー又は誘導センサーを評価するためのシステムが形成される場合、特定の効果が生ずる。 Basically, the evaluation circuit according to the invention may be used as a single unit for evaluating a sensor element with respect to another sensor element or with respect to a reference element. However, a particular effect occurs when a plurality of evaluation circuits are interconnected to form a system for evaluating capacitive or inductive sensors.

本発明に従うそのようなシステムは、第一の評価回路、第二の評価回路、第一の静電容量センサー又は誘導センサー、及び参照素子を有する。基本的に、先行技術から公知である比較的任意の評価回路によって前記第一及び第二の評価回路を形成することが想定される。しかし、前記システムは、前記2つの評価回路が本発明に従う評価回路によって形成される場合に、特に良好に機能する。前記評価回路は、各々、第一及び第二の測定接続部を有する。前記第一のセンサーの第一のセンサー素子は、前記第一の評価回路の前記第一の測定接続部に接続され、前記第一のセンサーの第二のセンサー素子は、前記第一の評価回路の前記第二の測定接続部に接続される。前記参照素子は、前記第二の評価ユニットの前記第二の測定接続部に接続される。前記第二の評価ユニットの前記第一の測定接続部は、前記2つの評価ユニットを一緒に結合するために用いられる。前記第二の評価ユニットの前記第一の測定接続部は、第一の結合抵抗器によって前記第一の評価ユニットの前記第一の測定接続部に、及び第二の結合抵抗器によって前記第一の評価ユニットの前記第二の測定接続部に接続される。この方法により、前記第一のセンサーの前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンスの変化は、前記第一の評価回路の測定信号だけでなく、前記第二の評価回路の測定信号にも追加で影響を与える。前記第一の評価回路の前記測定信号は、したがって、前記第一のセンサーの前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンス間の差異を表し、一方前記第二の評価回路の前記測定信号は、前記参照素子に対する両センサー素子の差異を表す。例えば、前記センサーが、2つの電極を有する静電容量距離センサーである場合、前記第一の評価回路の前記測定信号は、前記2つのセンサー素子(前記電極)に対する測定物体の位置を表す。前記測定物体が前記2つの電極間の中心位置から遠くへ移動するほど、前記測定信号も、0ボルトの電圧を例とする中心位置から遠くへ移動する。他方、前記第二の評価回路の前記測定信号は、両電極に対する前記測定物体の影響の大きさを示す。前記測定物体及び/又はその電気的特性が既知である場合、前記測定物体の前記電極に対する距離は、したがって、前記第二の測定信号から推定することができる。 Such a system according to the invention comprises a first evaluation circuit, a second evaluation circuit, a first capacitive or inductive sensor and a reference element. Basically, it is envisaged that the first and second evaluation circuits are formed by relatively arbitrary evaluation circuits known from the prior art. However, the system works particularly well if the two evaluation circuits are formed by an evaluation circuit according to the invention. The evaluation circuits each have a first and a second measuring connection. The first sensor element of the first sensor is connected to the first measurement connection of the first evaluation circuit, the second sensor element of the first sensor is the first evaluation circuit. Connected to the second measuring connection of The reference element is connected to the second measurement connection of the second evaluation unit. The first measurement connection of the second evaluation unit is used to couple the two evaluation units together. The first measurement connection of the second evaluation unit is connected to the first measurement connection of the first evaluation unit by a first coupling resistor and the first measurement connection of a second coupling resistor. Connected to the second measurement connection of the evaluation unit. By this method, the change in impedance of the first and second sensor elements of the first sensor is added to the measurement signal of the second evaluation circuit as well as the measurement signal of the first evaluation circuit. Influence on. The measurement signal of the first evaluation circuit thus represents the difference between the impedances of the first and second sensor elements of the first sensor, while the measurement signal of the second evaluation circuit is The difference between both sensor elements with respect to the reference element is shown. For example, if the sensor is a capacitance distance sensor with two electrodes, the measurement signal of the first evaluation circuit represents the position of the measuring object with respect to the two sensor elements (the electrodes). The farther the measurement object moves from the center position between the two electrodes, the further the measurement signal moves from the center position, which is exemplified by a voltage of 0 volt. On the other hand, the measurement signal of the second evaluation circuit indicates the magnitude of the influence of the measurement object on both electrodes. If the measuring object and/or its electrical properties are known, the distance of the measuring object to the electrodes can therefore be estimated from the second measuring signal.

本発明に従うこのシステムのさらなる発展では、前記システムは、第三の評価回路及び第二の静電容量センサー又は誘導センサーをさらに有する。そして、前記第三の評価回路は、好ましくは、本発明に従う評価回路によって形成される。前記第二のセンサーは、好ましくは、前記第一のセンサーと同じ分類であり、すなわち、前記第一のセンサーが静電容量センサーである場合、前記第二のセンサーも静電容量センサーであり、前記第一のセンサーが誘導センサーによって形成される場合、前記第二のセンサーも誘導センサーである。前記第三の評価回路の第一の測定接続部は、前記第二のセンサーの第一のセンサー素子に接続され、前記第三の評価回路の第二の測定接続部は、前記第二のセンサーの第二のセンサー素子に接続される。前記第三の評価回路の前記第一の測定接続部は、第三の結合抵抗器によって前記第二の評価回路の前記第一の測定接続部にさらに接続され、前記第三の評価回路の前記第二の測定接続部は、第四の結合抵抗器によって前記第二の評価回路の前記第一の測定接続部に接続される。この方法により、前記第三の評価回路は、前記第二の評価回路にさらに結合される。このシステムでは、前記第一の評価回路の前記測定信号は、この場合さらに、前記第一のセンサーの前記2つのセンサー素子のインピーダンス間の差異を表す。前記第三の評価回路の前記測定信号は、前記第二のセンサーの前記2つのセンサー素子のインピーダンス間の差異を表す。前記第二の評価回路の前記測定信号は、4つのすべてのセンサー素子及び前記参照素子のインピーダンス間の差異を表す。 In a further development of this system according to the invention, said system further comprises a third evaluation circuit and a second capacitive or inductive sensor. The third evaluation circuit is preferably formed by the evaluation circuit according to the present invention. The second sensor is preferably of the same classification as the first sensor, i.e. if the first sensor is a capacitance sensor, the second sensor is also a capacitance sensor, If the first sensor is formed by an inductive sensor, the second sensor is also an inductive sensor. The first measurement connection of the third evaluation circuit is connected to the first sensor element of the second sensor, the second measurement connection of the third evaluation circuit is the second sensor. Connected to the second sensor element of. The first measurement connection of the third evaluation circuit is further connected to the first measurement connection of the second evaluation circuit by a third coupling resistor, the third evaluation circuit of the third evaluation circuit. The second measurement connection is connected to the first measurement connection of the second evaluation circuit by a fourth coupling resistor. By this method, the third evaluation circuit is further coupled to the second evaluation circuit. In this system, the measurement signal of the first evaluation circuit then additionally represents the difference between the impedances of the two sensor elements of the first sensor. The measurement signal of the third evaluation circuit represents the difference between the impedances of the two sensor elements of the second sensor. The measurement signal of the second evaluation circuit represents the difference between the impedances of all four sensor elements and the reference element.

2つのセンサーを有するシステムの好ましい発展では、前記第一のセンサーの前記センサー素子及び前記第二のセンサーの前記センサー素子は、各々、互いに対して対称に構築される。前記対称性は、好ましくは、軸対称の形態を取る。特に好ましくは、前記第一のセンサーの前記センサー素子の対称軸は、前記第二のセンサーの前記センサー素子の対称軸に対して直角に配列される。 In a preferred development of a system with two sensors, the sensor element of the first sensor and the sensor element of the second sensor are each constructed symmetrically with respect to each other. The symmetry preferably takes the form of axial symmetry. Particularly preferably, the axis of symmetry of the sensor element of the first sensor is arranged perpendicular to the axis of symmetry of the sensor element of the second sensor.

静電容量センサーの評価では、2つのセンサーを有するシステムにおいて、個々のセンサー素子、すなわち前記センサーの電極は、好ましくは、円弧又は円の一部分によって形成される。前記個々のセンサー素子の前記円弧は、好ましくは、切れ目が4か所の円形の線、又は4つの部分に分割された円形の領域を形成する。 In the evaluation of capacitive sensors, in a system with two sensors, the individual sensor elements, ie the electrodes of said sensor, are preferably formed by an arc or part of a circle. The arcs of the individual sensor elements preferably form a circular line with four breaks, or a circular area divided into four parts.

両発展の組み合わせにおいて、すなわち、前記2つのセンサーのセンサー素子として、直角な対称軸、及び円弧又は円の一部分を有するセンサー素子では、4つの同一に設計された円弧又は円の一部分が生じ、前記2つのセンサーの前記電極は、いずれの場合も交互に配置されている。電極のこの発展は、さらなる利点を提供する。前記システムは、3Dセンサーシステムを形成するものであり、前記第一及び第三の評価回路の前記測定信号は、円中心からの測定物体の位置偏差を表し、一方前記第二の評価回路の前記測定信号は、前記電極に対して平行である面上の前記測定物体の距離を表す。この場合、前記第一の評価回路の前記測定信号は、前記第二のセンサーの対称軸方向の位置偏差を反映し、前記第二の評価回路の前記測定信号は、前記第一のセンサーの対称軸方向の前記測定物体の位置偏差を反映している。したがって、測定物体の位置及び/又は位置の変化を、3次元で検出することができる。 In a combination of both developments, i.e., a sensor element having a perpendicular axis of symmetry and a part of an arc or circle as the sensor element of the two sensors, four identically designed arc or circle parts result, The electrodes of the two sensors are in each case arranged alternately. This development of electrodes offers further advantages. The system forms a 3D sensor system, wherein the measurement signals of the first and third evaluation circuits represent the position deviation of the measuring object from the center of the circle, while the measurement signals of the second evaluation circuit are The measurement signal represents the distance of the measuring object on a plane parallel to the electrodes. In this case, the measurement signal of the first evaluation circuit reflects the positional deviation of the second sensor in the symmetry axis direction, and the measurement signal of the second evaluation circuit is the symmetry of the first sensor. It reflects the positional deviation of the measuring object in the axial direction. Therefore, the position and/or the change of the position of the measurement object can be detected in three dimensions.

そのようなセンサーシステムは、様々な方法で用いることができる。したがって、このセンサーシステムを、3次元入力デバイスとして用いることが想定される。ユーザーは、中心位置に保持された物体を、前記3次元中心位置から動かすことができ、例えばスプリングによってそれを行い、そうすることによって、3次元での方向を指定することができる。これは、例えば、バーチャルリアリティーシステムに用いることができる。しかし、前記センサーシステムを、生産環境で、例えば作業工程における生産部品の位置をチェックするために用いることも想定される。別の用途シナリオとしては、測定物体の位置を維持する必要があり、前記センサーシステムによって、所望される位置からの偏差を特定する必要があることであり得る。これらの数少ない例から、既に、このセンサーシステムがいかに汎用的に使用可能であるかが明らかである。当業者であれば、前記システムに対してどのようなさらなる用途シナリオが生ずるかを容易に認識することができる。 Such a sensor system can be used in various ways. Therefore, it is envisaged to use this sensor system as a three-dimensional input device. The user can move the object held in the central position from the three-dimensional central position, by doing so, for example by means of a spring, and by doing so specify the orientation in the three dimensions. This can be used, for example, in a virtual reality system. However, it is also envisaged to use the sensor system in a production environment, for example for checking the position of production parts in a work process. Another application scenario may be that the position of the measured object needs to be maintained and that the sensor system needs to determine the deviation from the desired position. From these few examples it is already clear how versatile this sensor system can be used. A person skilled in the art can easily recognize what further application scenarios will occur for the system.

前記個々の評価回路の同期化のために、前記システムは、好ましくは、発振器によって形成されることが好ましいクロック回路を有する。前記クロック回路によって発生されるクロック信号は、次に、対応する評価回路のクロック入力に入力される。この方法により、前記個々の充放電信号を、確実に、互いに対する時間的関係において正しく設定することができる。この場合、そのようなクロック回路は、外部回路によって、すなわち、前記評価回路のうちの1つの一部ではないクロック回路によって形成されてよい。しかし、好ましい発展では、前記クロック回路は、前記評価回路のうちの1つの一部を形成する。このクロック回路のクロック出力は、次に、各評価回路の前記クロック入力に接続され、前記クロック回路を含む前記評価回路にも接続される。基本的に、この発展において、前記評価回路のうちの1つのみがクロック回路を有することが想定される。しかし、前記クロック回路は非常に少ない素子から成り、したがって、僅かな追加コストしか掛からないことから、好ましくは、前記評価回路の各々がクロック回路を有し、この場合、前記クロック回路のうちの1つのみが作動される。このことにより、前記評価回路の汎用的な使用か可能となる。 For the synchronization of the individual evaluation circuits, the system preferably has a clock circuit, which is preferably formed by an oscillator. The clock signal generated by the clock circuit is then input to the clock input of the corresponding evaluation circuit. This method ensures that the individual charge and discharge signals can be set correctly in a time relationship to each other. In this case, such a clock circuit may be formed by an external circuit, i.e. by a clock circuit which is not part of one of the evaluation circuits. However, in a preferred development, the clock circuit forms part of one of the evaluation circuits. The clock output of this clock circuit is then connected to the clock input of each evaluation circuit and also to the evaluation circuit including the clock circuit. Basically, in this development it is envisaged that only one of the evaluation circuits comprises a clock circuit. However, each of the evaluation circuits preferably has a clock circuit, in this case one of the clock circuits, since the clock circuit consists of very few elements and therefore only a small additional cost. Only one is activated. This allows the evaluation circuit to be used for general purposes.

本発明に従う評価回路の作動の過程では、以下の工程が実施される。第一及び第二の充放電信号を発生させる工程と、前記センサーの第一のセンサー素子を、前記第一の充放電信号によって繰り返し充放電する工程と、前記センサーの第二のセンサー素子又は参照素子を、前記第二の充放電信号によって繰り返し充放電する工程と、前記第一の充放電信号の時間的挙動を前記第二の充放電信号の時間的挙動と比較する工程と、前記時間的挙動の前記比較の結果に応じて、積分器の出力電圧を変化させる工程と、前記積分器の前記出力電圧に応じて、前記第一の充放電信号又は前記第二の充放電信号を調節する工程と、前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンス間の差異、又は前記第一のセンサー素子及び前記参照素子のインピーダンス間の差異の尺度として、前記積分器の前記出力電圧から測定信号を誘導し、出力する工程と、が実施される。 In the course of operation of the evaluation circuit according to the invention, the following steps are carried out. Generating first and second charge/discharge signals, first sensor element of the sensor, repeatedly charging/discharging by the first charge/discharge signal, second sensor element of the sensor or reference The element, the step of repeatedly charging and discharging by the second charge and discharge signal, the step of comparing the temporal behavior of the first charge and discharge signal with the temporal behavior of the second charge and discharge signal, the temporal Changing the output voltage of the integrator according to the result of the comparison of the behavior, and adjusting the first charge/discharge signal or the second charge/discharge signal according to the output voltage of the integrator. And deriving a measurement signal from the output voltage of the integrator as a measure of the difference between the impedance of the first and second sensor elements or the impedance of the first sensor element and the reference element. And outputting.

これらの工程が、前記評価回路が反転回路を有する、又は本発明に従うシステムの一部である場合にも行われてよいことは理解される。 It is understood that these steps may also be performed if the evaluation circuit comprises an inverting circuit or is part of a system according to the invention.

本発明の技術を有利に設計し、発展させるための様々な選択肢が存在する。これに関して、図面の補助の下、一方では、従属請求項に従属する請求項が、他方では、本発明の好ましい例示的実施形態の以下の説明が参照される。本教示事項の一般的に好ましい設計及び発展についても、図面を参照して、本発明の好ましい例示的実施形態の説明と合わせて説明する。図面は以下を示す。 There are various options for advantageously designing and developing the techniques of the present invention. In this regard, with the aid of the drawings, reference is made, on the one hand, to the claims subordinate to the dependent claims, and on the other hand to the following description of preferred exemplary embodiments of the invention. General preferred designs and developments of the present teachings will also be described in connection with the description of the preferred exemplary embodiments of the present invention with reference to the drawings. The drawings show:

本発明に従う評価回路の例示的実施形態の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of an exemplary embodiment of an evaluation circuit according to the present invention. 図1に従う本発明の評価回路を表すブロック図のためのブロックである。2 is a block for a block diagram representing the evaluation circuit of the invention according to FIG. 1. 3つの評価回路、及びセンサー素子が円形の経路に配列されている2つのセンサーを有する本発明に従うシステムの第一の例示的実施形態である。1 is a first exemplary embodiment of a system according to the invention having three evaluation circuits and two sensors in which the sensor elements are arranged in a circular path. 3つの評価回路、及びセンサー素子が円の一部分によって形成されている2つのセンサーを有する本発明に従うシステムの第二の例示的実施形態である。3 is a second exemplary embodiment of a system according to the invention having three evaluation circuits and two sensors, the sensor elements of which are formed by a part of a circle.

図1は、本発明に従う評価回路の例示的実施形態の回路図を示す。ここで用いられる抵抗器又はコンデンサの値、さらには個々の回路素子の配置はいずれも、前記評価回路の単なる例示的な寸法合わせ及び構成として見なされるべきであることは明示的に指摘されるべきである。当業者であれば、どのような適合をも行うことができ、これらの調節がいかなる効果を有するかを認識するであろう。 FIG. 1 shows a circuit diagram of an exemplary embodiment of an evaluation circuit according to the invention. It should be explicitly pointed out that any resistor or capacitor values used here, as well as the placement of the individual circuit elements, should be regarded as merely exemplary sizing and construction of the evaluation circuit. Is. One of ordinary skill in the art will be able to make any adaptations and recognize what effect these adjustments have.

図1に従う評価回路は、第一の測定接続部A及び第二の測定接続部Bを有し、これらの各々に対して、センサーの2つのセンサー素子のうちの1つを接続することができる。前記センサーが誘導センサーである場合、前記2つのセンサー素子は、前記センサーのコイルによって形成される。静電容量センサーでは、前記2つのセンサー素子は、前記センサーの測定電極によって形成される。前記測定接続部A、Bは、この単純なケースでは、抵抗器R9及び抵抗器R10のみによって形成される充放電回路2に接続される。前記測定接続部A、Bに対して反対端の前記抵抗器R9、R10の接続部は、一緒にクロック入力Tに接続される。この例示的実施形態では、クロック回路3によって発生され、クロック出力Gで出力されるクロック信号が、このクロック入力Tに入力される。前記クロック回路3は、反転シュミットトリガIC3A、コンデンサC2、及び抵抗器R12から構成される簡易発振器から成る。 The evaluation circuit according to FIG. 1 has a first measurement connection A and a second measurement connection B, to which one of the two sensor elements of the sensor can be connected. .. If the sensor is an inductive sensor, the two sensor elements are formed by the coil of the sensor. In a capacitive sensor, the two sensor elements are formed by the measuring electrodes of the sensor. The measuring connections A, B are connected in this simple case to a charging/discharging circuit 2 formed only by resistors R9 and R10. The connections of the resistors R9, R10 opposite the measurement connections A, B are connected together to the clock input T. In this exemplary embodiment, the clock signal generated by the clock circuit 3 and output at the clock output G is input to this clock input T. The clock circuit 3 comprises a simple oscillator composed of an inverting Schmitt trigger IC 3A, a capacitor C2, and a resistor R12.

前記第一の測定接続部Aは、さらに、第一のバイナリ化回路4に接続され、前記第二の測定接続部Bは、第二のバイナリ化回路5に接続される。前記2つのバイナリ化回路4、5は、いずれの場合も、反転シュミットトリガIC1A及びIC1Bによって実装され、これらの名称の最初の部分が同一の符号であることは、前記2つのシュミットトリガが、1つのチップ上に一緒に集積されていることを示すことを意図している。同時に、これは、前記2つのシュミットトリガが、同様に挙動し、特に、およそ同一のスイッチング閾値を有することも意味する。前記バイナリ化回路4、5の出力は、コンパレータ回路6の入力に接続される。図示した実施形態では、前記コンパレータ回路6は、DフリップフロップIC2Aによって実装され、前記第一のバイナリ化回路4の前記出力は、前記DフリップフロップIC2Aのクロック入力CLKに接続され、前記第二のバイナリ化回路5の前記出力は、前記DフリップフロップIC2Aのデータ入力Dに接続される。前記DフリップフロップIC2Aのセット及びリセット接続部R、Sは、いずれも接地される。前記DフリップフロップIC2Aの非反転データ出力Qは、さらなる反転シュミットトリガIC3Bに接続され、前記反転シュミットトリガの出力は、抵抗器R3を介して積分器回路7に接続される。前記積分器回路7は、演算増幅器IC4Aによって実装され、前記演算増幅器の出力は、コンデンサC1を介して、前記演算増幅器IC4Aの反転入力へフィードバックされる。前記反転シュミットトリガIC3Bからの信号も、抵抗器R3を介して前記演算増幅器IC4Aの前記反転入力に入力される。前記演算増幅器IC4Aの非反転入力は、ここでは同一の寸法で示される2つの抵抗器R1及びR2から成り、前記評価回路1の供給電圧Uccと接地との間に接続される電圧分割器8の中央タップに接続される。前記演算増幅器IC4Aの前記出力は、同時に、前記積分器回路7の出力を形成する。 The first measurement connection A is further connected to the first binarization circuit 4, and the second measurement connection B is connected to the second binarization circuit 5. The two binarization circuits 4, 5 are in each case implemented by means of inverted Schmitt triggers IC1A and IC1B and the fact that the first part of their names is the same sign means that the two Schmitt triggers are 1 It is intended to indicate being integrated together on one chip. At the same time, this also means that the two Schmitt triggers behave similarly and, in particular, have approximately the same switching threshold. The outputs of the binarization circuits 4 and 5 are connected to the input of the comparator circuit 6. In the illustrated embodiment, the comparator circuit 6 is implemented by a D flip-flop IC2A, the output of the first binarization circuit 4 is connected to the clock input CLK of the D flip-flop IC2A and the second The output of the binarization circuit 5 is connected to the data input D of the D flip-flop IC2A. The set and reset connections R and S of the D flip-flop IC2A are both grounded. The non-inverting data output Q of the D flip-flop IC2A is connected to a further inverting Schmitt trigger IC3B, the output of the inverting Schmitt trigger is connected to the integrator circuit 7 via a resistor R3. The integrator circuit 7 is implemented by an operational amplifier IC4A, and the output of the operational amplifier is fed back to the inverting input of the operational amplifier IC4A via the capacitor C1. The signal from the inverting Schmitt trigger IC3B is also input to the inverting input of the operational amplifier IC4A via the resistor R3. The non-inverting input of the operational amplifier IC4A consists of two resistors R1 and R2, shown here with the same dimensions, of a voltage divider 8 connected between the supply voltage Ucc of the evaluation circuit 1 and ground. Connected to the center tap. The output of the operational amplifier IC4A simultaneously forms the output of the integrator circuit 7.

前記積分器回路7の前記出力は、この発展では反転増幅器として接続される演算増幅器IC4Bによって形成される反転回路9の入力に接続される。前記演算増幅器IC4Bの回路素子は、精密抵抗器であり、−1の増幅をセットする抵抗器R5及びR7によって形成される。前記演算増幅器IC4Bの非反転入力も、前記電圧分割器8の前記中央タップに接続される。前記演算増幅器IC4Bの出力は、同時に、前記反転回路9の出力を形成する。 The output of the integrator circuit 7 is connected to the input of an inverting circuit 9, which in this development is formed by an operational amplifier IC4B which is connected as an inverting amplifier. The circuit elements of the operational amplifier IC4B are precision resistors and are formed by resistors R5 and R7 which set the amplification of -1. The non-inverting input of the operational amplifier IC4B is also connected to the center tap of the voltage divider 8. The output of the operational amplifier IC4B simultaneously forms the output of the inverting circuit 9.

前記積分器回路7の前記出力及び前記反転回路9の前記出力は、抵抗器R4及びR6を介して、前記評価回路1の測定出力10に接続される。前記測定出力10のピンは、D1及びD2と標識される。前記抵抗器R4及びR6は、本質的に、電流を制限するように働き、したがって、保護抵抗器である。 The output of the integrator circuit 7 and the output of the inverting circuit 9 are connected to the measured output 10 of the evaluation circuit 1 via resistors R4 and R6. The pins of the measurement output 10 are labeled D1 and D2. The resistors R4 and R6 essentially serve to limit the current and are therefore protective resistors.

前記積分器回路7の前記出力は、抵抗器R11を介して、前記第二の測定接続部Bに接続される。前記反転回路9の前記出力は、抵抗器R8を介して、前記第一の測定接続部Aに接続される。 The output of the integrator circuit 7 is connected to the second measurement connection B via a resistor R11. The output of the inverting circuit 9 is connected to the first measurement connection A via a resistor R8.

加えて、前記評価回路1は、接地への接続を提供する接地接続部Mを有する。加えて、コンデンサC3及びC4が存在し、これらは、前記供給電圧Uccを安定化させるように働く。 In addition, the evaluation circuit 1 has a ground connection M which provides a connection to ground. In addition, there are capacitors C3 and C4, which serve to stabilize the supply voltage Ucc.

前記評価回路1の作動時、前記クロック回路3は、前記クロック入力Tで前記充放電回路2に入力される矩形波信号を発生させる。これは、前記第一及び第二の測定接続部を介して第一のセンサー素子、又は第二のセンサー素子、又は参照素子に出力される第一及び第二の充放電信号を発生させる。いずれの場合も外部から前記第一又は第二の測定接続部に接続される誘導器(ここでは図示せず)は、それぞれの充放電信号の時間的挙動に変化を発生させる。そのようにして影響を受けた前記第一及び第二の充放電信号は、各々、前記第一及び第二のバイナリ化回路4、5を介して、第一及び第二のレベルの間で変化する矩形波信号に変換される。前記矩形波信号出力は、いずれの場合も、前記充放電信号が第一の閾値を超える、又は第二の閾値を下回る時点を反映する。反転シュミットトリガが用いられることから、前記矩形波信号の立ち上がりエッジは、前記第二の閾値を前記充放電信号が下回ったことを意味し、一方前記矩形波信号の立ち下がりエッジは、前記第一の閾値を前記入力された充放電信号が超える時点を示す。 When the evaluation circuit 1 is operating, the clock circuit 3 generates a rectangular wave signal input to the charge/discharge circuit 2 at the clock input T. This produces first and second charge and discharge signals which are output to the first sensor element, the second sensor element, or the reference element via the first and second measurement connections. In each case, an inductor (not shown here) externally connected to the first or second measuring connection causes a change in the temporal behavior of the respective charge/discharge signal. The first and second charging/discharging signals thus affected vary between the first and second levels via the first and second binarization circuits 4, 5, respectively. Is converted into a rectangular wave signal. The rectangular wave signal output in each case reflects the point in time when the charge/discharge signal exceeds a first threshold value or falls below a second threshold value. Since an inversion Schmitt trigger is used, the rising edge of the rectangular wave signal means that the charge/discharge signal is below the second threshold, while the falling edge of the rectangular wave signal is the first edge. The time point at which the input charging/discharging signal exceeds the threshold value of is indicated.

前記第一及び第二のバイナリ化回路によって発生された前記矩形波信号は、前記DフリップフロップIC2Aに以下の挙動を起こさせるものであり、前記バイナリ化回路が反転シュミットトリガによって形成されていることから、及び前記Dフリップフロップが前記クロック入力CLKでの立ち上がりエッジに応答することから、前記測定接続部A及びBでの前記誘導器の放電部分(discharge branches)は、前記コンパレータ回路によって評価される。測定接続部Aに外部から接続されている前記誘導器が、前記閾値未満で、測定接続部Bの前記誘導器よりも早く放電される場合、前記第一のバイナリ化回路4の出力信号のレベルは、高レベルに変化し、前記第二のバイナリ化回路5の前記出力でのレベルは、低のまま維持される。この方法により、前記クロック入力CLKで立ち上がりエッジである場合、低レベルが、前記Dフリップフロップの前記非反転出力Qに接続される。前記測定接続部Bに外部から接続されている前記誘導器が、前記閾値未満で、前記測定接続部Aの前記誘導器よりも速く放電される場合、前記第二のバイナリ化回路5の出力信号のレベルは、高レベルに変化し、前記第一のバイナリ化回路4の前記出力でのレベルは、低のまま維持される。測定接続部Aに外部から接続されている誘導器も、前記閾値未満で放電される場合、立ち上がりエッジは、前記第一のバイナリ化回路4の前記出力で発生され、それによって、前記データ入力Dでの高レベルは、前記非反転データ出力Qに接続される。前記フリップフロップIC2Aの前記データ出力Qでの低レベルは、したがって、測定接続部Aに外部から接続されている前記誘導器が、測定接続部Bに外部から接続されている前記誘導器よりも速く放電されることを示し、一方高レベルは、測定接続部Bに外部から接続されている前記誘導器の方が速く放電されることを示している。 The rectangular wave signal generated by the first and second binarization circuits causes the D flip-flop IC2A to behave as follows, and the binarization circuit is formed by an inverting Schmitt trigger. , And because the D flip-flop responds to a rising edge at the clock input CLK, the discharge branches of the inductor at the measurement connections A and B are evaluated by the comparator circuit. .. If the inductor externally connected to the measuring connection A is discharged below the threshold and faster than the inductor of the measuring connection B, the level of the output signal of the first binarization circuit 4 Changes to a high level and the level at the output of the second binarization circuit 5 remains low. By this method, a low level is connected to the non-inverting output Q of the D flip-flop if it is a rising edge on the clock input CLK. If the inductor externally connected to the measurement connection B is discharged below the threshold and faster than the inductor of the measurement connection A, the output signal of the second binarization circuit 5 Changes to a high level and the level at the output of the first binarization circuit 4 remains low. If an inductor externally connected to the measurement connection A is also discharged below the threshold value, a rising edge is generated at the output of the first binarization circuit 4, whereby the data input D The high level at is connected to the non-inverted data output Q. The low level at the data output Q of the flip-flop IC2A is therefore faster for the inductor externally connected to the measurement connection A than the inductor externally connected to the measurement connection B. A high level, on the other hand, indicates that the inductor externally connected to the measuring connection B is discharged faster.

前記反転シュミットトリガIC3Bにより、測定接続部Aに外部から接続されている前記誘導器の方が速く放電される場合、高レベルは、前記積分器回路7の前記入力に存在する。低レベルは、測定接続部Bに外部から接続されている前記誘導器の方が速く放電される場合に存在する。前記コンデンサC1の放電状態では、演算増幅器IC4Aの前記非反転入力での電圧に起因して、前記供給電圧Uccの半分が、前記積分器回路7の前記出力に存在する。前記積分器回路7の挙動は、ここで、前記反転シュミットトリガIC3Bの出力電圧がどのように見えるかに依存する。最も単純なケースでは、正の電圧(通常はUcc)と0Vとの間で変化する電圧が、前記反転シュミットトリガによって出力される。前記演算増幅器IC4Aの前記非反転入力でUcc/2の電圧を印加することにより、及び前記演算増幅器IC4Aを反転積分器として接続することにより、前記積分器回路7の前記入力での正の電圧が、前記積分器回路の前記出力での電圧を下げる。反対に、0Vのレベルが前記積分器回路7の前記入力に印加された場合、前記積分器回路の前記出力での電圧は上昇する。前記測定接続部Aでのより速い放電は、したがって、前記積分器の前記出力電圧を低下させ、一方前記測定接続部Bでのより速い放電は、前記積分器の前記出力電圧を上昇させる。 A high level is present at the input of the integrator circuit 7 when the inductor externally connected to the measurement connection A is discharged faster by the inverting Schmitt trigger IC 3B. A low level is present when the inductor externally connected to the measuring connection B discharges faster. In the discharged state of the capacitor C1, half of the supply voltage Ucc is present at the output of the integrator circuit 7, due to the voltage at the non-inverting input of the operational amplifier IC4A. The behavior of the integrator circuit 7 now depends on what the output voltage of the inverting Schmitt trigger IC 3B looks like. In the simplest case, a voltage varying between a positive voltage (usually Ucc) and 0V is output by the inverting Schmitt trigger. By applying a voltage of Ucc/2 at the non-inverting input of the operational amplifier IC4A and by connecting the operational amplifier IC4A as an inverting integrator, the positive voltage at the input of the integrator circuit 7 is , Reducing the voltage at the output of the integrator circuit. Conversely, when a level of 0V is applied to the input of the integrator circuit 7, the voltage at the output of the integrator circuit rises. A faster discharge at the measurement connection A thus lowers the output voltage of the integrator, while a faster discharge at the measurement connection B raises the output voltage of the integrator.

図2は、図1に従う前記評価回路の要約としての続いてのブロック図で用いられるブロックの記号を示す。左側には、評価回路1は、第一及び第二の測定接続部A、B、並びに接地接続部Mを有する。クロック入力T、クロック出力G、及び供給電圧のための入力Uccは、上側に示される。合わせて測定出力10を形成する極D1及びD2は、右側に示される。接地接続部GNDは、下側に示される。 FIG. 2 shows the symbols of the blocks used in the subsequent block diagram as a summary of the evaluation circuit according to FIG. On the left side, the evaluation circuit 1 has first and second measurement connections A, B and a ground connection M. The clock input T, the clock output G and the input Ucc for the supply voltage are shown on the upper side. The poles D1 and D2, which together form the measurement output 10, are shown on the right. The ground connection GND is shown on the lower side.

前記評価回路のこの要約は、本発明に従うシステムの2つの例示的実施形態を表す図3及び4のブロック図で用いられる。図3に従う例示的実施形態は、第一、第二、及び第三の評価回路11、12、13、さらには第一及び第二のセンサー14、15、並びに参照素子16を備える。前記第一のセンサー14の電極/センサー素子A1、B1は、水平線に対して軸対称である。前記第二のセンサー15のセンサー素子A2、B2にも同じことが当てはまり、これらは、垂直線に対して軸対称である。これらの2つの対称軸は、互いに対して直角である。また、前記4つのセンサー素子A1、A2、B1、B2が、共通の円形の線上に位置すること、及び一方のセンサーのセンサー素子が、他方のセンサーのセンサー素子と常に交互に配置されていることも分かる。 This summary of the evaluation circuit is used in the block diagrams of FIGS. 3 and 4, which represent two exemplary embodiments of a system according to the invention. The exemplary embodiment according to FIG. 3 comprises first, second and third evaluation circuits 11, 12, 13 as well as first and second sensors 14, 15 and a reference element 16. The electrodes/sensor elements A1 and B1 of the first sensor 14 are axially symmetric with respect to a horizontal line. The same applies to the sensor elements A2, B2 of the second sensor 15, which are axisymmetric with respect to the vertical. These two axes of symmetry are at right angles to each other. In addition, the four sensor elements A1, A2, B1, and B2 are located on a common circular line, and the sensor element of one sensor is always arranged alternately with the sensor element of the other sensor. I also understand.

前記第一の評価回路11の第一の測定接続部A1は、第一のセンサー14の第一のセンサー素子A1に接続されている。前記第一の評価回路11の第二の測定接続部B1は、前記第一のセンサー14の第二のセンサー素子B1に接続されている。前記第三の評価回路13の第一の測定接続部A2は、第二のセンサー15の第一のセンサー素子A2に接続されている。前記第三の評価回路13の第二の測定接続部B2は、前記第二のセンサー15の第二のセンサー素子B2に接続されている。前記第二の評価回路12の第二の測定接続部B3は、参照素子16に接続されている。第一の測定接続部A3は、第一の結合抵抗器RA1を介して、前記第一の評価回路11の前記第一の測定接続部A1に、第二の結合抵抗器RB1を介して、前記第一の評価回路11の前記第二の測定接続部B1に、第三の結合抵抗器RA2を介して、前記第三の評価回路13の前記第一の測定接続部A2に、及び第四の結合抵抗器RB2を介して、前記第三評価回路13の前記第二の測定接続部B2に接続されている。前記3つの評価回路11、12、13の接地接続部Mは、互いに、及び前記参照素子の接地電極に接続されている。前記第二の評価回路12のクロック回路は、能動的であり、このため、前記第二の評価回路12のクロック出力Gは、3つすべての評価回路11、12、13のクロック入力Tに接続されている。この方法により、充放電信号が、すべての測定接続部において同期する。 The first measurement connection A1 of the first evaluation circuit 11 is connected to the first sensor element A1 of the first sensor 14. The second measurement connection B1 of the first evaluation circuit 11 is connected to the second sensor element B1 of the first sensor 14. The first measurement connection A2 of the third evaluation circuit 13 is connected to the first sensor element A2 of the second sensor 15. The second measurement connection B2 of the third evaluation circuit 13 is connected to the second sensor element B2 of the second sensor 15. The second measurement connection B3 of the second evaluation circuit 12 is connected to the reference element 16. The first measurement connection A3 is connected via the first coupling resistor RA1 to the first measurement connection A1 of the first evaluation circuit 11 via the second coupling resistor RB1. To the second measurement connection B1 of the first evaluation circuit 11 via the third coupling resistor RA2 to the first measurement connection A2 of the third evaluation circuit 13 and to the fourth It is connected to the second measuring connection B2 of the third evaluation circuit 13 via a coupling resistor RB2. The ground connections M of the three evaluation circuits 11, 12, 13 are connected to each other and to the ground electrode of the reference element. The clock circuit of the second evaluation circuit 12 is active, so that the clock output G of the second evaluation circuit 12 is connected to the clock input T of all three evaluation circuits 11, 12, 13. Has been done. In this way, the charge and discharge signals are synchronized at all measurement connections.

このシステムの作動中、前記第一のセンサー14の前記センサー素子A1、B1の間のインピーダンス差異に依存する測定信号は、前記第一の評価回路の極D1及びD2の間でアクセス可能である。この測定信号は、したがって、測定物体が、中心位置(前記センサー素子が配置されている円の中心点)から垂直方向に動いた距離を示す。前記第二のセンサー15の前記センサー素子A2、B2の間のインピーダンス差異に依存する測定信号は、前記第三の評価回路の極D3及びD4の間でアクセス可能である。この測定信号は、したがって、測定物体が、前記中心位置から水平方向に動いた距離を示す。前記参照素子16に対する4つすべてのセンサー素子A1、A2、B1、B2のインピーダンス差異に依存する測定信号は、前記第二の評価回路の極D5、D6の間でアクセス可能である。この測定信号は、前記図面の面に対して直角方向の前記測定される物体の距離の尺度である。前記測定される物体は、前記センサーに対して小さくあるべきであり、すなわち、前記測定される物体の断面積は、前記センサーの方向において、前記センサーの直径よりも小さい。前記測定される物体は、例えば、ボール、又は端面が前記センサーに向けられた円柱形状のロッドであってよい。 During operation of this system, a measurement signal that depends on the impedance difference between the sensor elements A1, B1 of the first sensor 14 is accessible between the poles D1 and D2 of the first evaluation circuit. This measurement signal thus indicates the distance that the measurement object has moved vertically from the center position (the center point of the circle in which the sensor element is located). The measurement signal, which depends on the impedance difference between the sensor elements A2, B2 of the second sensor 15, is accessible between the poles D3 and D4 of the third evaluation circuit. This measurement signal thus indicates the distance that the measurement object has moved horizontally from said central position. The measurement signal, which depends on the impedance difference of all four sensor elements A1, A2, B1, B2 with respect to the reference element 16, is accessible between the poles D5, D6 of the second evaluation circuit. This measurement signal is a measure of the distance of the measured object perpendicular to the plane of the drawing. The measured object should be small relative to the sensor, ie the cross-sectional area of the measured object is smaller than the diameter of the sensor in the direction of the sensor. The object to be measured may be, for example, a ball or a cylindrical rod whose end face is directed toward the sensor.

示された前記システムが、前記第一のセンサー、前記第一及び第二の評価ユニット、並びに前記参照素子だけが存在する場合であっても良好に機能することは容易に認識される。この場合、位置検出能力は、前記図面の平面内の水平又は垂直方向、及び前記図面の平面に対して直角の方向に制限される。 It will be readily appreciated that the system shown works well even in the presence of only the first sensor, the first and second evaluation units and the reference element. In this case, the position detection capability is limited to the horizontal or vertical direction in the plane of the drawing and the direction perpendicular to the plane of the drawing.

図4に示される本発明に従うシステムの例示的実施形態は、図3の例示的実施形態に類似しており、この場合、前記センサー素子は、円弧ではなく円形面の一部分によって形成されている。それ以外の作動モードはほぼ同一である。 The exemplary embodiment of the system according to the invention shown in FIG. 4 is similar to the exemplary embodiment of FIG. 3, in which the sensor element is formed by a part of a circular surface rather than an arc. The other operation modes are almost the same.

本発明に従う教示事項の他の有利な実施形態に関しては、繰り返しを避けるために、本明細書の全般的な部分、及び添付の請求項も参照される。 Regarding other advantageous embodiments of the teaching according to the invention, reference is also made to the general part of the specification and the appended claims in order to avoid repetition.

最後に、上記で述べた例示的実施形態は、請求される教示事項を単に説明する役割を有するだけであり、前記請求される教示事項を前記例示的実施形態に限定するものではないことは明示的に指摘される。 Finally, it is clear that the exemplary embodiments described above serve only to explain the claimed teachings and are not intended to limit the claimed teachings to the exemplary embodiments. Be pointed out.

1 評価回路
2 充放電回路
3 クロック回路
4 第一のバイナリ化回路
5 第二のバイナリ化回路
6 コンパレータ回路
7 積分器回路
8 電圧分割器
9 反転回路
10 測定出力
11 第一の評価回路
12 第二の評価回路
13 第三の評価回路
14 第一のセンサー
15 第二のセンサー
16 参照素子
1 Evaluation Circuit 2 Charging/Discharging Circuit 3 Clock Circuit 4 First Binaryization Circuit 5 Second Binaryization Circuit 6 Comparator Circuit 7 Integrator Circuit 8 Voltage Divider 9 Inversion Circuit 10 Measured Output 11 First Evaluation Circuit 12 Second Evaluation circuit 13 Third evaluation circuit 14 First sensor 15 Second sensor 16 Reference element

Claims (18)

静電容量センサー又は誘導センサーを評価するための評価回路であって、
センサー(14、15)の第一のセンサー素子と接続するように設計された第一の測定接続部(A)、及び前記センサー(14、15)の第二のセンサー素子又は参照素子(16)と接続するように設計された第二の測定接続部(B)と、
第一の充放電信号を前記第一の測定接続部(A)に出力し、第二の充放電信号を前記第二の測定接続部(B)に出力するように設計された充放電回路(2)と、
前記第一の充放電信号の時間的挙動を前記第二の充放電信号の時間的挙動と比較するコンパレータ回路(6)と、
前記コンパレータ回路(6)の出力に接続され、前記コンパレータ回路(6)の前記出力での電圧に応じて出力電圧が変化する積分器回路(7)と、
を備え、
前記積分器回路(7)の前記出力電圧は、前記第一の充放電信号を調節するために前記第一の測定接続部(A)に接続され、又は前記第二の充放電信号を調節するために前記第二の測定接続部(B)に接続され、
前記評価回路(1)の出力(10)での測定信号は、前記積分器回路(7)の前記出力電圧から誘導され、並びに前記測定信号は、前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンスの差異、又は前記第一のセンサー素子及び前記参照素子のインピーダンスの差異の尺度である、評価回路。
An evaluation circuit for evaluating a capacitance sensor or an inductive sensor,
A first measuring connection (A) designed to connect with a first sensor element of a sensor (14, 15), and a second sensor element or reference element (16) of said sensor (14, 15) A second measurement connection (B) designed to connect with
A charging/discharging circuit designed to output a first charging/discharging signal to the first measurement connection (A) and a second charging/discharging signal to the second measurement connection (B) ( 2) and
A comparator circuit (6) for comparing the temporal behavior of the first charge/discharge signal with the temporal behavior of the second charge/discharge signal;
An integrator circuit (7) connected to the output of the comparator circuit (6), the output voltage of which changes according to the voltage at the output of the comparator circuit (6);
Equipped with
The output voltage of the integrator circuit (7) is connected to the first measurement connection (A) to adjust the first charge/discharge signal or adjusts the second charge/discharge signal. To the second measuring connection (B) for
The measurement signal at the output (10) of the evaluation circuit (1) is derived from the output voltage of the integrator circuit (7), and the measurement signal is of the impedance of the first and second sensor elements. An evaluation circuit, which is a measure of the difference or the impedance difference between the first sensor element and the reference element.
反転回路(9)、好ましくは反転増幅器を特徴とし、前記積分器回路(7)の前記出力電圧が、前記反転回路の入力に入力され、参照電圧(Ucc/2)に対する前記反転回路(9)の出力電圧が、前記積分器回路(7)の前記出力電圧と反対の方向に変化する、請求項1に記載の評価回路。 An inverting circuit (9), preferably an inverting amplifier, wherein the output voltage of the integrator circuit (7) is input to the input of the inverting circuit and the inverting circuit (9) with respect to a reference voltage (Ucc/2). 2. The evaluation circuit according to claim 1, wherein the output voltage of the switch changes in the opposite direction to the output voltage of the integrator circuit (7). 前記測定信号が、前記積分器回路(7)の前記出力電圧と前記反転回路(9)の前記出力電圧との間の電圧によって形成される、請求項1及び請求項2に記載の評価回路。 3. The evaluation circuit according to claim 1, wherein the measuring signal is formed by a voltage between the output voltage of the integrator circuit (7) and the output voltage of the inverting circuit (9). 前記反転回路(9)の前記出力電圧が、前記積分器回路(7)の前記出力電圧が前記第二の測定接続部(B)に接続される場合、前記第一の充放電信号を調節するために、前記第一の測定接続部(A)に接続される、又は前記積分器回路(7)の前記出力電圧が前記第一の測定接続部(B)に接続される場合、前記第二の充放電信号を調節するために、前記第二の測定接続部(B)に接続されることを特徴とする、請求項1及び請求項2又は請求項3に記載の評価回路。 The output voltage of the inverting circuit (9) regulates the first charge/discharge signal when the output voltage of the integrator circuit (7) is connected to the second measurement connection (B). In order to be connected to the first measurement connection (A) or the output voltage of the integrator circuit (7) is connected to the first measurement connection (B) Evaluation circuit according to claim 1 and claim 2 or claim 3, characterized in that it is connected to the second measuring connection (B) in order to adjust the charging/discharging signal of the. 前記第一の測定接続部(A)が、第一のバイナリ化回路(4)に接続され、前記第二の測定接続部(B)が、第二のバイナリ化回路(5)に接続されることを特徴とし、前記第一及び第二のバイナリ化回路(4、5)は、各々、好ましくは、シュミットトリガ回路によって実装される、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の評価回路。 The first measurement connection (A) is connected to a first binary conversion circuit (4) and the second measurement connection (B) is connected to a second binary conversion circuit (5). The first and second binarization circuits (4,5) are each preferably characterized in that they are each preferably implemented by a Schmitt trigger circuit. Evaluation circuit. 前記コンパレータ回路(6)が、クロック入力(CLK)及びデータ入力(D)を有するDフリップフロップ(IC2A)を備えることを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の評価回路。 6. The comparator circuit (6) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a D flip-flop (IC2A) having a clock input (CLK) and a data input (D). Evaluation circuit. 前記第一のバイナリ化回路(4)の出力が、前記Dフリップフロップ(IC2A)の前記クロック入力(CLK)に接続され、前記第二のバイナリ化回路(5)の出力が、前記Dフリップフロップ(IC2A)の前記データ入力(D)に接続されることを特徴とする、請求項5及び請求項6に記載の評価回路。 The output of the first binarization circuit (4) is connected to the clock input (CLK) of the D flip-flop (IC2A), and the output of the second binarization circuit (5) is the D flip-flop. 7. Evaluation circuit according to claim 5 and claim 6, characterized in that it is connected to the data input (D) of (IC2A). 前記積分器回路(7)が、演算増幅器(IC4A)によって実装されることを特徴とする、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の評価回路。 Evaluation circuit according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the integrator circuit (7) is implemented by an operational amplifier (IC4A). 前記演算増幅器(IC4A)の前記非反転入力が、ゼロボルト超である電圧に接続されることを特徴とし、ゼロボルト超である前記電圧は、好ましくは、電圧分割器(8)を介して前記評価回路(1)の供給電圧(Ucc)から誘導される、請求項5に記載の評価回路。 The non-inverting input of the operational amplifier (IC4A) is connected to a voltage that is above zero volts, which voltage is preferably above zero volts, preferably via a voltage divider (8) in the evaluation circuit. Evaluation circuit according to claim 5, derived from the supply voltage (Ucc) of (1). クロック入力(T)を特徴とし、前記クロック入力(T)は、前記充放電回路(2)に接続され、前記充放電回路(2)は、前記クロック入力(T)に存在する信号から前記第一及び第二の充放電信号を誘導するように設計され、前記充放電回路(2)は、好ましくは、1つの抵抗器又は複数の抵抗器(R9、R10)の相互接続によって形成される、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の評価回路。 Characterized by a clock input (T), said clock input (T) being connected to said charging/discharging circuit (2), said charging/discharging circuit (2) from said signal present at said clock input (T) Designed to induce one and a second charge/discharge signal, said charge/discharge circuit (2) preferably being formed by an interconnection of one resistor or a plurality of resistors (R9, R10), The evaluation circuit according to any one of claims 1 to 9. クロック回路(3)を特徴とし、前記クロック回路(3)の出力(G)は、前記クロック入力(T)に接続される、請求項10に記載の評価回路。 Evaluation circuit according to claim 10, characterized by a clock circuit (3), the output (G) of the clock circuit (3) being connected to the clock input (T). 静電容量センサー又は誘導センサーを評価するためのシステムであって、
第一の評価回路(11)、特に、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の評価回路と、
第二の評価回路(12)、特に、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の評価回路と、
2つのセンサー素子を有する第一の静電容量センサー又は誘導センサー(14)、及び
参照素子(16)と、
を備え、
前記第一のセンサー(14)の前記第一のセンサー素子は、前記第一の評価回路(11)の第一の測定接続部(A1)に接続され、前記第一のセンサー(14)の前記第二のセンサー素子は、前記第一の評価回路(11)の第二の測定接続部(B1)に接続され、
前記参照素子(16)は、前記第二の評価回路(12)の第二の測定接続部(B3)に接続され、
前記第二の評価回路(12)の前記第一の測定接続部(A3)は、それぞれ、結合抵抗器(RA1、RB1)を介して、前記第一の評価回路(11)の前記第一及び第二の測定接続部(A1、B1)に接続される、システム。
A system for evaluating a capacitive sensor or an inductive sensor, comprising:
A first evaluation circuit (11), in particular an evaluation circuit according to any one of claims 1 to 11,
A second evaluation circuit (12), in particular an evaluation circuit according to any one of claims 1 to 11,
A first capacitive or inductive sensor (14) having two sensor elements, and a reference element (16),
Equipped with
The first sensor element of the first sensor (14) is connected to the first measurement connection (A1) of the first evaluation circuit (11) and the first sensor (14) of the first sensor (14) is connected. The second sensor element is connected to the second measurement connection (B1) of the first evaluation circuit (11),
The reference element (16) is connected to the second measurement connection (B3) of the second evaluation circuit (12),
The first measurement connection (A3) of the second evaluation circuit (12) is connected to the first and second measurement circuits (11) of the first evaluation circuit (11) via coupling resistors (RA1, RB1), respectively. System connected to a second measurement connection (A1, B1).
第三の評価回路(13)、特に、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の評価回路、及び2つのセンサー素子を有する第二の静電容量センサー又は誘導センサー(15)を特徴とし、前記第二のセンサー(15)の前記第一のセンサー素子は、前記第三の評価回路(13)の第一の測定接続部(A2)に接続され、前記第二のセンサー(15)の前記第二のセンサー素子は、前記第三の評価回路(13)の第二の測定接続部(B2)に接続され、前記第二の評価回路(12)の前記第一の測定接続部(A3)は、それぞれ、結合抵抗器(RA2、RB2)を介して、前記第三の評価回路(13)の前記第一及び第二の測定接続部(A2、B2)にさらに接続される、請求項12に記載のシステム。 A third evaluation circuit (13), in particular an evaluation circuit according to any one of claims 1 to 11, and a second capacitance sensor or inductive sensor (15) having two sensor elements. Characteristically, the first sensor element of the second sensor (15) is connected to the first measurement connection (A2) of the third evaluation circuit (13) and the second sensor (15) ) Said second sensor element is connected to a second measurement connection (B2) of said third evaluation circuit (13) and said first measurement connection of said second evaluation circuit (12). (A3) is further connected to the first and second measurement connections (A2, B2) of the third evaluation circuit (13) via coupling resistors (RA2, RB2), respectively. The system according to claim 12. 前記第一のセンサー(14)の前記センサー素子及び前記第二センサー(15)の前記センサー素子が、各々、対称に構築されることを特徴とし、前記第一のセンサー(14)の対称軸及び前記第二のセンサー(15)の対称軸が、好ましくは、互いに対して直角に配列される、請求項13に記載のシステム。 The sensor element of the first sensor (14) and the sensor element of the second sensor (15) are each constructed symmetrically, and the axis of symmetry of the first sensor (14) and System according to claim 13, wherein the axes of symmetry of the second sensors (15) are preferably arranged at right angles to each other. 前記第一のセンサー(14)の前記センサー素子及び前記第二センサー(15)の前記センサー素子が、円弧によって、又は円の一部分によって形成されることを特徴とする、請求項13又は請求項14に記載のシステム。 15. The sensor element of the first sensor (14) and the sensor element of the second sensor (15) are formed by an arc or by a part of a circle. The system described in. クロック回路を特徴とし、前記クロック回路によって発生されるクロック信号は、各々の前記評価回路(11、12、13)のクロック入力(T)に入力される、請求項12から請求項15のいずれか一項に記載のシステム。 16. A clock circuit, characterized in that the clock signal generated by said clock circuit is input to the clock input (T) of each said evaluation circuit (11, 12, 13). The system according to paragraph 1. 前記評価回路(11、12、13)のうちの1つが、クロック回路(3)を有し、前記クロック回路(3)によって発生されるクロック信号を、クロック出力(G)を介して出力するように設計されること、及び前記クロック出力(G)が、前記システムの前記さらなる評価回路(11、12、13)のクロック入力(T)に接続されること、を特徴とする、請求項12から請求項15のいずれか一項に記載のシステム。 One of the evaluation circuits (11, 12, 13) has a clock circuit (3) and outputs the clock signal generated by the clock circuit (3) via a clock output (G). According to claim 12, characterized in that the clock output (G) is connected to the clock input (T) of the further evaluation circuit (11, 12, 13) of the system. The system according to claim 15. 静電容量センサー又は誘導センサーを評価するための方法、特に、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の評価回路を用いて評価するための方法であって、
第一及び第二の充放電信号を発生させる工程と、
前記センサー(14、15)の第一のセンサー素子を、前記第一の充放電信号によって繰り返し充放電する工程と、
前記センサー(14、15)の第二のセンサー素子又は参照素子(16)を、前記第二の充放電信号によって繰り返し充放電する工程と、
前記第一の充放電信号の時間的挙動を前記第二の充放電信号の時間的挙動と比較する工程と、
前記時間的挙動の前記比較の結果に応じて、積分器回路(7)の出力電圧を変化させる工程と、
前記積分器回路(7)の前記出力電圧に応じて、前記第一の充放電信号及び/又は前記第二の充放電信号を調節する工程と、
前記第一及び第二のセンサー素子のインピーダンス間の差異、又は前記第一のセンサー素子及び前記参照素子のインピーダンス間の差異の尺度として、前記積分器回路(7)の前記出力電圧から測定信号を誘導し、出力する工程と、を含む方法。
A method for evaluating a capacitance sensor or an inductive sensor, in particular a method for evaluating using the evaluation circuit according to any one of claims 1 to 11.
Generating first and second charge and discharge signals,
Repeatedly charging and discharging the first sensor element of the sensor (14, 15) with the first charge and discharge signal;
Repeatedly charging and discharging the second sensor element or reference element (16) of the sensor (14, 15) with the second charge/discharge signal;
Comparing the temporal behavior of the first charge and discharge signal with the temporal behavior of the second charge and discharge signal;
Changing the output voltage of the integrator circuit (7) according to the result of the comparison of the temporal behavior;
Adjusting the first charge/discharge signal and/or the second charge/discharge signal according to the output voltage of the integrator circuit (7);
A measurement signal from the output voltage of the integrator circuit (7) is used as a measure of the difference between the impedances of the first and second sensor elements or the impedance of the first sensor element and the reference element. Guiding and outputting.
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